关于德布罗意波中几个速度问题的讨论第一期

薛定谔方程与德布罗意物质波的矛盾

薛定谔方程描述的运动过程 摘要：一般认为薛定谔方程是描述德布罗意相波运动的方程，通过对比薛定谔方程和德布罗意相波，指出薛定谔方程与德布罗意相波的矛盾，进一步对德布罗意建立相波的两个基本频率进行分析，得出了在非相对论条件下，薛定谔方程描述的是这两个基本周期运动合运动形成的“拍”运动的情况。 关键词：量子力学薛定谔方程、德布罗意相波、“拍” 一、引言： 薛定谔方程的本质是什么，在物理学史上引起了极大的争议，目前被广泛接受的概率波本质，曾被爱因斯坦、薛定谔等著名物理学家所反对，概率论的合理性在哪里，要回答这个问题必须要明白方程所描述的是什么样的运动。 二、薛定谔方程与德布罗意相波的矛盾 薛定谔方程的建立过程中考虑了德布罗意的相波的能量 E=hr=mc2 E为总能量；h为普朗克常量；r为频率，c为光速及动量 P=h/λ=mv P为动量，λ为波长；v为物质速度；m为质量 薛定谔发现相波的速度u=E/P 薛定谔认为在非相对情况下，总能量E=E k+U E k为动能；U为势能 在此基础上建立起了薛定谔方程。 我们注意到薛定谔认为物质的总能量为E=E k+U，而德布罗意认为总能量为E=mc2，

按照德布罗意的总能量相波的速度u=E/P= c2/v 按照薛定谔的总能量E=E k+U，在U=0的情况下，薛定谔相波的速度u=E/P=v/2 通过对比可以发现德布罗意相波的速度是大于光速的，即使在非相对论条件下，德布罗意的相波速度也是大于光速的，而薛定谔的相波速度却是物质运动速度的一半，远小于光速，显然两者之间存在矛盾。是薛定谔弄错了吗？但是基于薛定谔方程的无数事实证明薛定谔方程是准确有效的，那么问题出在哪里呢？ 三、薛定谔方程对应的运动 在德布罗意建立相波理论的过程中，其注意到了两个频率，一方面，从静止的观察者看来，对应于动点的能量有一频率r他认为hr = mc2，即r=m0c2/h(1-β2)1/2= r0/(1-β2)1/2 m0为静质量； r0为静质量对应的频率有hr0 = m0c2；β=v/c 另一方面，按照相对论给出的运动时钟变慢效应，当那位静止的观察者观察动点的内在周期性现象时，他就会认为这一现象变缓慢了，即将它看成频率r1= r0(1-β2)1/2的周期性现象 正是对上述两个频率的分析，德布罗意建立起了相波理论。下面我们将这两个频率做减法可以发现 h(r- r1)= hrβ2=mv2 设r3= r- r1有hr3= mv2 在非相对论的情况下，β值非常小，此时r与r1相差不大，同时r与r1是非常大的，我们知道两个振动频率相近沿同方向的振动相互作用，其合振动形成“拍”现象，“拍”的频率为这两个振动频率的差，因此r3表示的是物质内部频率为r和r1的两个周期运动合

德布罗意的简介

伟大的物理学家——德布罗意的简介 班级：09050342 学号：0905034225 姓名：马琳 生平简介 路易·维克多·德布罗意(Louis Victor de Broglie，1892年8月15日——1987年3月19日)法国著名理论物理学家，1929年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创始人，物质波理论的创立者，量子力学的奠基人之一。德布罗意1892年8月15日出生于下塞纳，1910年获巴黎索邦大学文学学士学位，1913年又获理学士学位，1924年获巴黎大学博士学位，在博士论文中首次提出了"物质波"概念。1929年获诺贝尔物理学奖。1932年任巴黎大学理论物理学教授，1933年被选为法国科学院院士。1987年3月19日逝世。 德布罗意家族 德布罗意1892年8月15日出生于法国塞纳河畔的迪耶普，是法国一贵族家庭的次子。 德布罗意家族自17世纪以来在法国军队、政治、外交方面颇具盛名，数百年来在战场上和外交上为法国各朝国王服务。1740年路易十四封德布罗意家族为世袭公爵，封号由一家之长承袭，第一代公爵的儿子曾在七年战争中为奥地利王族出力作战，获得王子封号，赐于家族中每一个成员。德布罗意家族祖父J·V·A·德布罗意（1821～1901）是法国著名政治家和国务活动家，1871年当选为法国国民议会下院议员，同年担任法国驻英国大使，后来还担任过法国总理和外交部长等职务。当德布罗意的长兄、实验物理学家莫里斯（Mauriee）死后，他在1960年就成为法国公爵兼德国王子，但他一生中生活简朴，平易近人，把毕生献给了科学事业。 选择物理学 德布罗意父母早逝，从就酷爱读书。中学时代显示出文学才华，从18岁开始在巴黎索邦大学学习历史，并且于1910年获得历史学位。1911年，他听到作为第一届索尔维物理讨论会秘书的莫里斯谈到关于光、辐射、量子性质等问题的讨论后，激起了强烈兴趣，特别是他读了庞加莱的《科学的价值》等书，他转向研究理论物理学。1913年，他获理学学士学位。第一次世界大战期间，在埃菲尔铁塔上的军用无线电报站服役六年，熟悉了有关无线电波的知识。他的哥哥（M·德布罗意）是一位实验物理学家，是X射线方面的专家，拥有设备精良的私人实验室。从他哥哥那里德布罗意了解到普朗克和爱因斯坦关于量子方面的工

德布罗意与物质波理论

德布罗意与物质波理论 德布罗意开始研究物理学时，适逢现代物理学发生深刻革命的时期．1900年，普朗克研究黑体辐射时假定谐振子取分立的能量，提出量子的概念， 由此出发，他推导出能够描述黑体辐射规律的普朗克黑体辐射公式．但是，人们并没有认识能量子的重要性，只把能量子看作仅仅是在支配物质和辐射相互作用过程中是合适的，频率为V的物质振子仅仅以hV的倍数发射或吸收能量．直到1905年，量子概念才发生了重要发展．1905年，爱因斯坦发表了题为《关于光的产生和转化的一个启发性观点》的论文，文中通过对黑体辐射的研究和论证，得到并提出了光量子的概念，并用它成功地解释了光电效应．这一工作的意义之一在于，光量子的概念是在分析和研究黑体辐射基础上得到的，表明量子概念具有比较普遍的意义．爱因斯坦认为：密度小的单色辐射，从其热现象方面的行为看，仿佛是由一些独立的能量所组成．本世纪初期，人们通过对X射线的研究认识到，X射线具有时而象波、时而象粒子的奇特性质．1913年，玻尔提出原子中的电子运动的量子化条件，原子中的电子只有可能进行某些运动，成功地解释了氢原子光谱．玻尔的量子化条件没有理论基础，是人为规定的． 1919－1922年，法国物理学家布里渊提出了一个解释玻尔基于化条件的理论．布里渊把电子和波作为一个整体进行研

究，设想在原子核周围存在着一层以太，电子在其中运动掀起波，这些波相互干涉在原子核周围形成驻波．这些研究成果，尤其是布里渊的理论对德布罗意提出物质被思想产生巨大影响． 德布罗意重新开始研究理论物理，物理学面临着的主要困难是：对于光需要有微粒说和波动说两种理论；确定原子中电子的稳定运动涉及到整数，这些都是当时人们无法理解的事实．德布罗意首先考察光量子理论和玻尔的量子化条件．确定光微粒能量的表达式是W＝hv，这个公式中包含着频率v，而纯粹的粒子理论不包含频率的因素；确定原子中电子的稳定运动涉及到整数，而物理学中涉及到整数的只是干涉现象和本征振动现象．这些结果使德布罗意想到，对于光需要同时引进粒子的概念和周期的概念；对于电子不能简单地用微粒来描述电子本身，还必须赋予它们周期的概念． 于是，德布罗意形成了指导他进行研究的全部概念：在所有情况下，都必须假设微粒伴随着波而存在，他的首要目的就是建立微粒的运动和缔合波的传播之间的对应关系． 1923年夏末，德布罗意已开始形成他的相波（后来他称为相位波）概念，9月10日，他发表了关于物质波理论的第一篇论文——《波和量子》，文中提出的思想可以被看作是波动力学理论的开端．两个星期后，德布罗意又发表了《光量子、

第二章 第五节 德布罗意波

第五节德布罗意波 (时间：60分钟) 题组一对物质波的理解 1．(双选)关于物质波，以下说法正确的是() A．任何运动物体都具有波动性 B．湖面上形成的水波就是物质波 C．通常情况下，质子比电子的波长长 D．核外电子绕核运动时，并没有确定的轨道 答案AD 解析任何运动物体都具有波动性，选项A正确；湖面上形成的水波是机械波而不是物质波，选项B错误；电子的动量比质子的动量往往要小一些，由 λ＝h p知，电子的德布罗意波波长要长，选项C错误；由于电子的波动性，核 外电子绕核运动不可能有确定的轨道，选项D正确． 2．(单选)在历史上，最早证明了德布罗意波存在的实验是() A．弱光衍射实验 B．电子束在晶体上的衍射实验 C．弱光干涉实验 D．以上都不正确 答案 B 3．(单选)下列关于物质波的说法中正确的是() A．实物粒子具有粒子性，在任何条件下都不可能表现出波动性 B．宏观物体不存在对应波的波长 C．电子在任何条件下都能表现出波动性 D．微观粒子在一定条件下能表现出波动性 答案 D

4．(单选)下列说法中正确的是() A．质量大的物体，其德布罗意波长短 B．速度大的物体，其德布罗意波长短 C．动量大的物体，其德布罗意波长短 D．动能大的物体，其德布罗意波长短 答案 C 解析由物质波的波长λ＝h p，得其只与物体的动量有关，动量越大其波长越 短． 5．(单选)一个电子被加速后，以极高的速度在空间运动，关于它的运动，下列说法中正确的是() A．电子在空间做匀速直线运动 B．电子上下左右颤动着前进 C．电子运动轨迹是正弦曲线 D．无法预言它的路径 答案 D 解析根据概率波的知识可知，某个电子在空间中运动的路径我们无法确定，只能根据统计规律确定大量电子的运动区域．故选项D正确． 6．(单选)对于微观粒子的运动，下列说法中正确的是() A．不受外力作用时光子就会做匀速运动 B．光子受到恒定外力作用时就会做匀变速运动 C．只要知道电子的初速度和所受外力，就可以确定其任意时刻的速度 D．运用牛顿力学无法确定微观粒子的运动规律 答案 D 解析光子不同于宏观力学的粒子，不能用宏观粒子的牛顿力学规律分析光子的运动，选项A、B错误；根据概率波、不确定关系可知，选项C错误，故选D. 7．(单选)关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是() A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒也具有波粒二象性 B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动

德布罗意与物质波

德布罗意与物质波 1895年，德国物理学家伦琴发现了X 射线；二十世纪初叶，大批实验物理学家从事X 射线性质的研究；人们相继发现，X 射线、γ射线和β射线一样具有使气体电离的能力，这是该射线具有粒子性的实验佐证。1912年，德国物理学家劳厄等人又发现了X 射线的衍射现象，从而证明该射线具有波动的特征。这些互相矛盾的结果使当时的理论物理学家们困惑不解。就这危机的时刻，法国物理学家路易斯·德布罗意（L ．V ．P ．de ．Broglie ，1892～1960）萌发了物质波的思想；他把普朗克的量子论与爱因斯坦的相对论结合起来，使物理学从困境中摆脱出来。 3、1 德布罗意物质波的思想 路易斯·德布罗意，1892年8月15日出生于法国迪埃普一个显赫的贵族家庭，少年时期酷爱历史和文学，在巴黎大学学习法制史，大学毕业时获历史学土学位。他的哥哥莫尔斯·德布罗意（Maurice de Broglie ）是法国著名的物理学家，X 射线研究的先驱者。德布罗意由于受到哥哥的熏陶，从而对自然科学产生了浓厚的兴趣。接着，他在1910年读了著名物理学家彭加勒的著作。这促使毅然从事文学走向了自然科学的道路。1911年召开的第一届索尔维会议讨论的主要议题是量子理论的有关问题，会后出版了关于量子论的文集。德布罗意看后深受鼓舞，他表示要以青春的活力醉心于这些已被深入研究而又饶有兴趣的问题。立誓要不遗余力地去弄懂这些量子的真正本质。1913年，他以出色的表现，获得了物理学硕士学位。 随着光的波粒二象性研究的深入，德布罗意进一步者出了粒子性和波 动性的联系。过去人们曾经习惯于把辐射看成波，把宏观客体者成是由粒子组成的。既然现在我们已经知道，过去认为是波的辐射具有粒子性，那么，从自然界的对称性出发，是不是也应当认为，宏观客体也具有波动性呢？他说：“如果我们要想建立一个能同时解释光的性质和物质的性质的单一理论，那么在物质的理论中，犹如在辐射的理论中一样。必须同时考虑波和粒子。” 经过长期孤寂的思索和遐想，1923年德布罗意接连发表了三篇论文，他把量子理论和爱因斯坦的相对论进行了奇特的结合，得到了著名的德布罗意关系：220/1/c m h υυλ-?=，天才地预见了微观粒子，特别是电子，应具有可测量的波动特征。 1924年11月24日，德布罗意为了申请博士学位，也把1923年发表的短文中的要点汇集成一篇题为《量子理论的研究》的论文递交给巴黎大学理学院。文中以生动活泼的语言，对自己的工作做出了精辟的概括。他从物理学最基本的假设出发，对物质波的思想做了严密的论证。虽然许多物理学家表示怀疑，甚至洛仑兹断言德布罗意误入歧途。理学院对他的博士论文做出的部分评议是：“我们赞扬他以非凡的能力，坚持做出为克服困绕物理学的难题所必须作的努力。”当他进行论文答辩的时候，考试委员会主任佩兰（Perrin Jean Baptiste ，1870～1942）曾问：是否可以用实验方法验证物质波的存在。德布罗意回答道：对于宏观物体来说，它的波长太短了，目前根本无法观测到，但电子这样的微观粒子的波动性却非常显著，其值与真空紫外线的波长相近，因而可以从很小的孔穿过的电子束呈现电子衍射的图像。 巴黎大学理学院的物理学教授郎之万（P ．Langevin ，1872～1946）对德布罗意的新思想甚为吃惊；一时不知如何估价这篇论文的份量，就将德布罗意论文的副本寄给了他的老朋友爱因斯坦，向他征求意见，慧眼独具的爱因斯坦收到论文后，立即看出了德布罗意这一工 图10-10路易斯·德布罗意

德布罗意波

物理·选修3－5(粤教版) 第五节德布罗意波 1．(双选)下列说法正确的是() A．牛顿运动定律适用于一切实物粒子的运动 B．牛顿运动定律适用于一切宏观物体的运动 C．牛顿运动定律仅适用于宏观物体的低速运动 D．研究微观粒子的运动规律应用量子力学 解析：牛顿运动定律是在宏观物体低速运动的情况下总结出来的规律，它不适用于微观粒子的高速运动． 答案：CD 2．(双选)关于德布罗意波，正确的解释是() A．运动的物体都有一种波和它对应，这就是物质波 B．微观粒子都有一种波和它对应，这就是物质波 C．德布罗意波是概率波，与机械波性质相同 D．宏观物体运动时，它的物质波长太短，很难观察到它的波动性 解析：德布罗意波是概率波，以子弹为例，并不是说子弹沿波浪形轨道前进，故与机械波性质不相同，C错． 答案：AD 3．质量为m的粒子原来的速度为v，现将粒子的速度增大到2v，则该粒子的物质波的波长将(粒子的质量保持不变)() A．变为原来波长的一半 B．保持不变

C ．变为原来波长的 2 D ．变为原来波长的两倍 解析：由物质波波长公式λ＝h p ＝h m v 可知选项A 对． 答案：A 4. (双选)关于物质波，下列认识错误的是( ) A ．任何运动的物体(质点)都伴随一种波，这种波叫做物质波 B ．X 射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的 C ．电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的 D ．宏观物体尽管可以看作为物质波，但它们不具有干涉、衍射等现象 解析：据德布罗意物质波理论，任何一个运动的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之相对应，这种波就叫做物质波，故A 选项正确；由于X 射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故X 射线的衍射现象，并不能证实物质波理论的正确性，故B 选项错误，电子是一种实物粒子，电子的衍射现象表明运动着的实物粒子具有波动性，故C 选项正确；由电子穿过铝箔的衍射实验知，少量电子穿过铝箔后所落位置是散乱的、无规律的，但大量电子穿过铝箔后所落的位置呈现出衍射图样，即大量电子的行为表现出电子的波动性，干涉、衍射是波的特有现象，只要是波，都会发生干涉、衍射现象，故选项D 错误． 答案：BD 5．下列说法正确的是( )

德布罗意与物质波理论

德布罗意与物质波理论 王较过 （陕西师范大学物理系西安 710062） 路易斯一维克多·德布罗意（Louls－Victorde Broglie 1892－1987）是法国著名理论物理学家，物质波理论的创立者．德布罗意主要从事理论物理、尤其是关于量子问题的研究，他在该领域取得的重大研究成果为现代物理的发展做出了杰出的贡献．1924年11月，德布罗意在博士论文中阐述了著名的物质波理论，并指出电子的波动性．这一理论为建立波动力学奠定了坚实基础．由于这一划时代的研究成果，使他获得1929年的诺贝尔物理学奖，同时也使他成为第一个以学位论文获得诺贝尔奖金的学者．本文就德布罗意的科学生涯以及他关于物质波的理论作一探讨． 一、德布罗意的科学生涯 德布罗意1892年8月15日出生于法国塞纳河畔的蒂厄浦，是法国一贵族家庭的次子．德布罗意家族自17世纪以来在法国军队、政治、外交方面颇具盛名．祖父J．V．A德布罗意（1821～1901）是法国著名政治家和国务活动家，1871年当选为法国国民议会下院议员，同年担任法国驻英国大使，后来还担任过法国总理和外交部长等职务． 德布罗意从18岁开始在巴黎大学学习理论物理，但是因为打算沿其家族传统，以后从事外交活动，他也学习历史，并且于1909年获得历史学位．由于他哥哥（M．德布罗意）是一位实验物理学家，拥有设备精良的私人实验室，从事物理实验研究．因而德布罗意在学习历史的二象性． 人类对自然的认识由浅入深、由片面到全面、由现象到本质不断深化．对光本性的认识同时，受到他哥哥的影响，参与一些物理研究工作．从他哥哥那里德布罗意了解到普朗克和爱因斯坦关于量子方面的工作，这些引起了他对物理学的极大兴趣．经过一翻思想斗争之后，德布罗意终于放弃了已决定的研究法国历史的计划，选择了物理学的研究道路，并且希望通过物理学研究获得博士学位．第一次世界大战期间，德布罗意在军队服役，被分配到无线电台工作，中断了他的理论物理研究．1919年，德布罗意重新回到他哥哥的实验室研究X射线，在这里，他

粤教版高中物理选修3-5德布罗意波教案

德 布 罗 意 波 教学目标 1． 知识和技能 （1） 知道实物粒子和光子一样具有波动性。 （2） 知道德布罗意波长和粒子动量的关系。 （3） 知道电子云的概念。 （4） 初步了解不确定性关系。 2． 过程和方法 （1） 通过电子衍射的实验，了解实物粒子也具有波动性。 （2） 通过讨论与交流，认识到无法观察宏观物体的波动性的原因。 3． 情感、态度和价值观 通过德布罗意波假说的提出，体会科学假说在物理学理论研究、发展中的作用，学 习科学假说的思想方法，培养创新精神。 一、 教学重点：德布罗意波长和粒子动量的关系，电子云的概念。 二、 教学难点：对于实物粒子具有波动性的理解，了解不确定性关系。 三、 课时安排：1课时 五、教学过程 （一) 德布罗意波假说 1. 问题引入 光的干涉和衍射实验表明光具有波动性,光电效应和康普顿效应则表明光具有波动性,即光具有波粒二象性.那么光的波粒二象性是否可以推广到一切微观粒子上,即一切实物粒子是否都具有波粒二象性呢? 2. 假说内容 (1) 任何一个实物粒子都和一个波相对应,这种波称为实物波. 第一个表达出这种想法的是法国物理学家德布罗意,因此这种波也被称为德布罗意波. (2) 德布罗意波长与其动量之间的关系为 λ=p h 式中λ是德波罗意波长,p 是相应的实物粒子的动量,h 是普朗克常量. 3. 假说是在没有任何实验依据的情况的下提出来的,体现了德布罗意独特的思维和过人的胆识.先大胆假设再 想办法用实验证明也是一种重要的科学研究的方法. (二) 假说的证明----电子衍射 已知电子质量 m = 9.1× 10-31kg 假设电子速度v = 4.0×106m/s 则 λ=p h =63110 0.4101.9341063.6???-?- = 1.82×10-10 m 晶体内部的原子(离子或分子)在每一层晶面上构成一定形状的网格,每一网格相当于一个数量极为10-10 m 的小孔.所以德不罗意预言:电子束在晶体上反射可能会发生衍射. 1927年美国工程师戴维孙用低速电子获得了电子束在晶体上的衍射图样.同年,英国物理学家汤姆生用高速电子也获得了电子的衍射图样. 这两个实验得出的结果,完全证实了电子波的存在.电子衍射的发现证明了德不罗意波假说,德步罗意因此获得了1929年的诺贝尔物理学奖. 1. 电子不仅会发生衍射,还会发生干涉.由此可见,实物粒子的确具有波动性. 2. 实验证明,不仅仅是电子,其他一切微观粒子也都具有波动性.也就是说波粒二象性是包括光子在内的一切

【名人故事】物理学家普朗克、德布罗意

6.2《量子世界》素材 一、物理学家普朗克的生平简介 普朗克（Max Plan c k 1858～1947），近代伟大的德国物理学家，量子论的奠基人.1858年4月23日生于基尔.1867年，其父民法学教授J.W.von普朗克应慕尼黑大学的聘请任教，从而举家迁往慕尼黑.普朗克在慕尼黑度过了少年时期，1874年入慕尼黑大学.1877～1878年间，去柏林大学听过数学家K.外尔斯特拉斯和物理学家H.von亥姆霍兹和G.R.基尔霍夫的讲课.普朗克晚年回忆这段经历时说，这两位物理学家的人品和治学态度对他有深刻影响，但他们的讲课却不能吸引他.在柏林期间，普朗克认真自学了R.克劳修斯的主要著作《力学的热理论》，使他立志去寻找像热力学定律那样具有普遍性的规律.1879年普朗克在慕尼黑大学获得博士学位后，先后在慕尼黑大学和基尔大学任教.1888年基尔霍夫逝世后，柏林大学任命他为基尔霍夫的继任人（先任副教授，1892年后任教授）和理论物理学研究所主任.1900年，他在黑体辐射研究中引入能量量子.由于这一发现对物理学的发展作出的贡献，他获得1918年诺贝尔物理学奖. 1900年，普朗克为了克服经典物理学对黑体辐射现象解释上的困难，创立了物质辐射（或吸收）的能量只能是某一最小能量单位（能量量子）的整数倍的假说，即量子假说.他引进了一个物理普适常数，即普朗克常量，以符号h表示，其数值为6.626 176×10-27尔格·秒，是微观现象量子特性的表征.他从理论上导出了黑体辐射的能量按波长（或频率）分布的公式，称为普朗克公式.量子假说的提出对现代物理学，特别是量子论的发展起了重大的作用.普朗克于1918年获得诺贝尔物理学奖金. 自20世纪20年代以来，普朗克成了德国科学界的中心人物，与当时德国以及国外的知名物理学家都有着密切联系.1918年被选为英国皇家学会会员，1930～1937年他担任威廉皇帝协会会长.在纳粹攫取德国政权后，以一个科学家对科学、对祖国的满腔热情与纳粹分子为捍卫科学的尊严而斗争.1947年10月4日在哥廷根逝世. 二、德布罗意的科学生涯 路易斯一维克多·德布罗意（Louls-Victorde Broglie 1892~1987），是法国著名理论物理学家，物质波理论的创立者.德布罗意主要从事理论物理尤其是关于量子问题的研究，他在该领域取得的重大研究成果为现代物理的发展作出了杰出的贡献.1924年11月，德布罗意在博士论文中阐述了著名的物质波理论，并指出电子的波动性.这一理论为建立波动力学奠定了坚实基础.由于这一划时代的研究成果，使他获得1929年的诺贝尔物理学奖，同时也使他成为第一个以学位论文获得诺贝尔奖金的学者.本文就德布罗意的科学生涯以及他关于物质波的理论作一探讨. 德布罗意1892年8月15日出生于法国塞纳河畔的蒂厄浦，是法国一贵族家庭的次子.德布罗意家族自17世纪以来在法国军队、政治、外交方面颇具盛名.祖父J.V.A德布罗意（1821～1901）是法国著名政治家和国务活动家，1871年当选为法国国民议会下院议员，同年担任法国驻英国大使，后来还担任过法国总理和外交部长等职务. 德布罗意从18岁开始在巴黎大学学习理论物理，但是因为打算沿其家族传统，以后从事外交活动，他也学习历史，并且于1909年获得历史学位. 德布罗意从他哥哥那里了解到普朗克和爱因斯坦关于量子方面的工作，这些

高中物理-量子力学与德布罗意波

量子力学与德布罗意波 为何会有量子力学？ 为什么人们要研究量子力学呢？量子力学能够解决什么问题？ 量子力学是描述微观物质的理论，与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱，许多物理学理论和科学如原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学以及其它相关的学科都是以量子力学为基础所进行的。 19世纪末，经典力学和经典电动力学在描述高速、微观领域时的不足越来越明显。人们认识到经典力学的适用范围：只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界。19世纪末到20世纪初，人们相继发现了电子、质子、中子等微观粒子，超出宏观的日常生活经验的领域，发现它们不仅具有粒子性，而且具有波动性，它们的运动规律难以用经典力学描述。 量子力学概述

量子力学是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支，主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论它与相对论一起构成现代物理学的理论基础。量子力学不仅是现代物理学的基础理论之一，而且在化学等学科和许多近代技术中得到广泛应用。 19世纪末，人们发现旧有的经典理论无法解释微观系统，于是经由物理学家的努力，在20世纪初创立量子力学，解释了这些现象。量子力学从根本上改变人类对物质结构及其相互作用的理解。除了广义相对论描写的引力以外，迄今所有基本相互作用均可以在量子力学的框架内描述（量子场论）。 量子力学可以算作是被验证的最严密的物理理论之一了。至今为止，所有的实验数据均无法推翻量子力学。大多数物理学家认为，它“几乎”在所有情况下，正确地描写能量和物质的物理性质。虽然如此，量子力学中，依然存在着概念上的弱点和缺陷，除上述的万有引力的量子理论的缺乏外，至今为止对量子力学的解释存在着争议。 量子力学的创立者们 量子力学是在20世纪初由马克斯·普朗克、尼尔斯·玻尔、沃纳·海森堡、埃尔温·薛定谔、沃尔夫冈·泡利、路易·德布罗意、马克斯·玻恩、恩里科·费米、保罗·狄拉克、阿尔伯特·爱因斯坦、康普顿等一大批物理学家共同创立的。 量子力学的发展革命性地改变了人们对物质的结构以及其相互作用的认识。量子力学得以解释许多现象和预言新的、无法直接想象出来的现象，这些现象后来也被非常精确的实验证明。除通过广义相对论描写的引力外，至今所有其它物理基本相互作用均可以在量子力学的框架内描写（量子场论）。

德布罗意 (1)

目录 路易.维克多.德布罗意 (1) 总体概论 (1) 资料卡 (1) 生平和成果 (2) 生平简介 (2) 荣誉 (2) 简朴的生活 (3) 主要著作 (3) 德布罗意家族 (3) 选择物理学 (4) 德布罗意假说的提出 (4) 提出的背景 (4) 假说的提出 (5) 两个注意点 (5) 当时的反响 (6) 德布罗意方程 (6) 物质波研究 (7) 路易·维克多·德布罗意 总体概论 路易·维克多·德布罗意（Louis Victor de Broglie，1892.08.15—1987.03.19）出生于迪耶普，法国著名理论物理学家，波动力学的创始人，物质波理论的创立者，量子力学的奠基人之一。1929年获诺贝尔物理学奖。1932年任巴黎大学理论物理学教授，1933年被选为法国科学院院士。 资料卡 中文名：路易·维克多·德布罗意 别名：Louis Victor de Broglie 国籍：法国 出生地：法国迪耶普 出生日期：1892年8月15日 逝世日期：1987年3月19日 职业：物理学家 毕业院校：巴黎大学

主要成就：物质波理论的创立者 1929年获诺贝尔物理学奖 法国科学院院士 代表作品：《波动力学导论》 生平和成果 生平简介 路易·维克多·德布罗意(Louis Victor de Broglie，1892年8月15日——1987年3月19日)法国著名理论物理学家，1929年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创始人，物质波理论的创立者，量子力学的奠基人之一。德布罗意1892年8月15日出生于迪耶普，1910年获巴黎索邦大学文学学士学位，1913年又获理学士学位，1924年获巴黎大学博士学位，在博士论文中首次提出了"物质波"概念。1929年获诺贝尔物理学奖。1932年任巴黎大学理论物理学教授，1933年被选为法国科学院院士。1987年3月19日逝世。 荣誉 由于德布罗意的杰出贡献，他获得了很多的荣誉。1929年获法国科学院享利·彭加勒奖章，同年又获诺贝尔物理学奖。1932年，获摩纳哥阿尔伯特一世奖。 1933 年，德布罗意成为法国科学院的院士，也是科学院从1942 年开始的永久秘书。于1933 年10 月12 日，他荣膺法兰西学术院第一席位的院士。那时正当第二次世界大战，德国纳粹占领法国期间，很多院士或者过世，或被俘虏，学术院无法达到选举所必需的最少二十位人数。但因这是特别时期，在参与的十七位院士都一致投赞成票的状况之下，学术院接受了这选举结果。已于1934年就被遴选为院士的哥哥摩里斯，在学术院历史中，尚无前例地代表全院，欢迎路易成为新院士。1942年以后任数学科学常务秘书。 1938年，因为德布罗意在理论物理学的杰出贡献，德国物理学会颁给他最高荣誉马克斯·普朗克奖章。1952年，由于德布罗意热心教导民众

§16.1 德布罗意的物质波假设,电子衍射实验

§16.1 德布罗意的物质波假设，电子衍射实验 （一）德布罗意的物质波假设 前面一章已介绍过，在二十世纪初，人们对光的认识，从光是电磁波到光是光子流的发展过程．而每个光子都具有波动和粒子的双重性质，称为光的波粒二象性． 1924年，法国年青的物理学家德布罗意提出大胆的假设：波粒二象性不仅是光的属性，实物粒子也具有波粒二象性．他认为整个十九世纪，在光学上，比起波动的研究方法来说，是过于忽略了粒子的研究方法．在实物粒子理论上，是否发生了相反的错误?是不是我们把关于粒子的图象想得太多，而过份地忽略了波的图象? ？ 在论文答辩会上有人问他怎样用实验验证物质波的假设?他提出可利用晶体做电子衍射实验，以验证电子波的性质．1927年电子衍射实验成功了，德布罗意荣获1929年诺贝尔奖金，成为第一个以博士论文取得诺贝尔奖金的学者?． （二）德布罗意公式 光子和实物粒子都具有波粒二象性，德布罗意把描述光子的波粒二象性的公式（15.3.1），应用于实物粒子，称之为德布罗意公式．实物粒子的波称德布罗意波，或称物质波． ??????????基本关系式粒二象性光子的波 ??????????德布罗意公式波粒二象性实物粒子的 微观粒子的两大类，即光子与实物粒子，具有波粒二象性的共同特性．但也要注意到它们的不同特性： （1）光子在真空中的速度v =c ；实物粒子在真空中的速度v ＜c. （2）光子的静止质量m 0=0；实物粒子的静止质量m 0＞0. （3）光子的频率与波长关系式（16.1.3）：νλ=c ，与经典物理的电磁波和机械波的频率与波长关系式νλ=v 是一致的． 但是（16.1.4）与（16.1.5）两式相除，所得结果νλ=c 2/v ＞v 与经典物理不一致． （三）电子衍射实验 首先利用低能电子在晶体表面衍射，证实电子有波动性的是戴维逊和革末，他们于1927年在美国贝尔电话实验室完成此实验．有趣的是，他们当时是在研究经典电子的散射，还没听说过电子的衍射．只是在1926年在牛津参加一次国际性会议时，才得知电子可有衍射现 （16.1.1） （16.1.2） （16.1.3） （16.1.4） （16.1.5） （16.1.6）

物理学史9.4 德布罗意假说

9.5物质波理论的实验验证 上一节讲到，德布罗意曾设想，晶体对电子束的衍射实验，有可能观察到电子束的波动性。人们希望能够实现这一预见。耐人寻味的是，正在这个时候，有两个令人迷惑不解的实验结果也在等待理论上作出正确的解释。这两个实验就是下面要讲到的冉绍尔（C.W.Ramsauer）的电子-原子碰撞实验和戴维森（C.J.Davisson）的电子散射实验。 1913年，德国物理学家冉绍尔发展了一种研究电子运动的实验方法，人称冉绍尔圆环法。用这种方法可以高度精确地确定慢电子的速度和能量。粒子间相互碰撞的有效截面概念就是冉绍尔首先提出来的。第一次世界大战后，冉绍尔继续用他的圆环法进行慢速电子与各种气体原子弹性碰撞的实验研究。1920年，他在题为：《气体分子对慢电子的截面》一文中报道了他发现氩气有特殊行为。 实验装置如图9－7所示。 冉绍尔在腔室中分别充以各种不同的气体，例如氢、氦、氮和氩。他经过多次测量，发现一般气体的截面“随电子速度减小均趋于常值，唯独氩的截面变得特别小”。由氩的这一反常行为，冉绍尔得出的结论是：“在这个现象中人们观察到最慢的电子对氩原子是自由渗透的。”① 图9－8是冉绍尔综合多人实验结果而作出的惰性气体Xe、Kr、Ar对电子的散射截面随电子速度变化的曲线，图中横坐标是与电子速度成正比的加速电压平方根值，纵坐标是散射截面Q，用原子单位，其中a0为玻尔原子半径。三种惰性气体的曲线具有大体相同的形状。约在电子能量为10eV时，Q达极大值，而后开始下降；当电子能量逐渐减小到leV左右时，Q又出现极小值；能量再减小，Q值再度上升。事实确凿地证明，低能电子与原子的弹性碰撞是无法用经典理论解释的。

德布罗意和物质波理论的诞生

德布罗意和物质波理论的诞生 ——纪念德布罗意高高诞辰110周年 1924年11月，巴黎大学举行了一场不同寻常的博士考试．尽管应试的年轻人发表了令人难以接受的新见解，但考试委员会成员们被应试者的聪明和勇气所感动，为他的大胆假设—物质波理论打开了绿灯．众所周知，物质波就是德布罗意波，这位应试者的名字将永远和物质波紧紧联系在一起． 1、出击之前 路易斯·德布罗意（Louis de Broglie，1892～1987）出生于法国迪埃普的公爵门庭，父亲曾担任法国首相等要职．他在德赛利中学读书时，就显示了出众的文学才华而引人注目．18岁时获得巴黎大学历史学士学位，接着又学习法律．年青有为的德布罗意尚无一点迹象表明他日后会成为著名的物理学家． 但在20世纪初物理学界一个又一个重大发现，首先吸引他的哥哥莫里斯·德布罗意（Mauricede Broglie）献身于实验物理学．在哥哥的影响下，他拜读了彭加勒、洛伦兹和朗之万等人的科学著作．后来他对普朗克、爱因斯坦和玻尔等人的工作发生了兴趣，逐步为之神往．大约20岁时，德布罗意放弃了关于18 世纪初期法国内政问题的学位考试，转而学习理科．不出两年，即已成为理科学士（1913年）． 特别要提到一件事情，它对德布罗意坚定学习物理学的决心起着至关重要的作用．1911年秋，首届索尔维（Solvay）会议在布鲁塞尔召开，莫里斯是这次世界著名科学家盛会的秘书之一．该会的议题是“辐射理论和量子”，普朗克、爱因斯坦等一批物理学大师在会上作了精彩的报告，并进行了热烈的讨论．会后，莫里斯协助朗之万（Paul Largevin，1872～1946）把这些报告和讨论编辑成册，用法文出版．德布罗意得天独厚地享读了这些报告和讨论记录，特别是普朗克和爱因斯坦分别作的关于黑体辐射、固体比热的研究报告给他留下了难以忘怀的印象．40多年后，德布罗意仍念念不忘地谈及这一点：“在我血气方刚的岁月里，非常热衷于那些曾被讨论的问题，决心尽我毕生精力去解开迷人的量子之谜．这量子之谜早在那10年之前就曾被普朗克引入到理论物理学中，然而，它的深刻内涵还没有被掌握”． 大幕笼罩的物理世界，迷雾重重．道道难题，对勇敢的年轻人是多大的诱惑！德布罗意自度“有纯理论家的气质，而不是实验工作者和工程师的材料……”，他有志于探索物理学的纯概念王国，但是第一次世界大战的爆发，却把他从物理学的理论天地推向了技术舞台．大战期间，他在埃菲尔铁塔上的军用无线电报站里服役了6年．这样，他的物理学的理想与思考就不以他个人意志为转移地暂时中断了6年． 战争结束后，德布罗意立即投身于物理学研究之中．在1920～1924年期间，他主要跟随朗之万攻读理论物理学博士学位，此外还抽出部分时间到哥哥的实验

德布罗意物质波和玻恩对波函数的统计解释

德布罗意物质波和玻恩对波函数的统计解释 摘要德布罗意物质波概念的提出看似充满了大胆的假设色彩，但其背后却包含了物理研究过程中重要的类比思想，同时，对波函数的解释颠覆了以往人们对经典波动理论的理解，开创了量子力学的时代。 关键词物质波；波函数；几率 德布罗意在爱因斯坦的光子学说的启示下，通过对几何光学和经典力学的对比，大胆的提出了物质波的假设，促进了物理学的发展。 1 德布罗意物质波假设 20世纪20年代前后，有关原子结构和量子理论的研究引起了当时很多物理学家的关注。爱因斯坦的光量子理论通过密立根、康普顿等人的研究得到了证实，德布罗意对此发生了很大的兴趣，他认为在对光的研究过程中，同时引进了粒子概念和周期性概念，光本身必须同时考虑粒子性和波动性。他进一步研究了几何光学和经典力学的对应性，几何光学中的费马原理和经典力学中的莫培丢变分原理类似，他大胆设想，不仅光具有粒子性和波动性两种性质，而且一般的物质也具有这两种性质。德布罗意认为：既然粒子概念在波的领域里成功的解释了令人困惑的光电效应，那么，波动概念也应该能解释在粒子领域中令人困惑的定态问题。 1923年~1924年期间，德布罗意陆续发表了《波和粒子》、《光量子，衍射和干涉》等论文，提出了物质波的概念，他认为一个能量为E ，动量为P 的粒子与频率为，波长为的波相对应。仿照爱因斯坦关系，粒子的能量、动量与相应的频率、波长之间的关系为： 这个关系我们称之为德布罗意关系。 在此基础上，他用物质波概念分析了玻尔量子化条件的物理基础。氢原子中电子波绕原子核的圆周轨道传播一周后应光滑的连接在一起，否则将会由于干涉相互抵消，不能形成稳定轨道。这就要求轨道的周长应是波长的整数倍，即满足： 式中r是电子绕核的轨道半径，是电子波的波长。利用德布罗意关系，可以得出玻尔量子化条件： 德布罗意的物质波假设在当时并没有引起很大的注意，原因为： 首先，这个假设只是对玻尔的量子化条件提供了一个解释方案，并没有得出新的结论。其次，这种物质波究竟是什么东西，并不明确，在试验上也没有证实。最后，由于经典物理学的传统概念，对粒子看作既是粒子又是波的观念太超乎一般人的认识。

物质波

物质波的提出、验证及其应用 姓名白其爱 学号222010315210197 专业2010级物理学

物质波的提出、验证及其应用 白其爱222010315210197 2010级物理学 一、物质波理论 - 理论简介： 1900年，普朗克为了解释黑体辐射的实验规律，以及解决瑞利-金斯公式的紫外灾难问题，引入能量子概念，导出了与实验结果符合得非常好的普朗克黑体辐射公式，而爱因斯坦在普朗克能量子基础上，提出光也是量子化的，光子能量为ω=hν，即光具有波粒二象性，并以此为基础成功地解释了光电效应。德布罗意注意到爱因斯坦在光量子理论中提出的辐射中波和粒子共存是自然界的一个本质现象，于1923年形成了把波粒二象性推广将物质粒子也包括在内的思想，即物质波理论。 物理学中，物质波（即德布罗意波）系指所有物质的波（见波粒二象性）。德布罗意说明了波长和动量成反比；频率和总能成正比之关系，是路易·德布罗意于1923年在他的博士论文提出的。 第一德布罗意方程指出，粒子波长λ（亦称德布罗意波长）和动量p的关系：（下式中普朗克常数h、粒子静质量m、粒子速度v、洛伦兹因子γ和真空光速c） 第二德布罗意方程指出频率f和总能E的关系：

这两个式子通常写作 平面波波包 德布罗意波的1维传播，复值波幅的实部以蓝色表示、虚部以绿色表示。在某位置找到粒子的概率（以颜色的不透明度表示）呈波形状延展。 1924年在作为博士论文的《关于量子理论的研究》一文中，详细阐述了他的物质波思想及其各种应用，还提出用电子在晶体上作衍射实验的想法。按照物质波理论，电子流在被适当的物体衍射后，应能观察到象光被光栅衍射一样的衍射条纹，这在当时是不可思意的。而1927年，美国物理学家戴维孙和革末以及英国剑桥的G?P?汤姆孙果然如德布罗意理论所预言的看到了电子的衍射条纹。这一理论的提出